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探究生活垃圾焚烧发电工艺及废气污染防治措施

发布时间:2021-02-18 07:23 作者:优德88

  随着城市化进程不断发展和人们生活逐步提高,生活垃圾也越来越多种化,数量也不断的增大。垃圾处理问题已成为困扰城市发展、影响城市环境及人们健康生活的重要问题。生活垃圾处理方式的恰当选择也就显得极为必要。本文分析了生活垃圾焚烧发电工艺及废气污染防治措施。

  生活垃圾焚烧发电项目生产过程主要包括垃圾储运、垃圾焚烧和垃圾发电三大部分。生活垃圾由密闭的垃圾车运入焚烧厂,在负压卸料平台自动卸入垃圾仓内。一般生活垃圾在垃圾仓内贮存停留5~7d,通过自然压缩及发酵作用,降低垃圾的含水量,提高垃圾热值。生活垃圾的低位发热值要在6280kJ/kg以上,可燃质含量在35%左右,含水率在50%以下,这是应用垃圾焚烧发电技术的基本条件。贮存发酵后的垃圾经抓斗连续均匀地送入焚烧炉内焚烧,炉内温度控制在850℃以上,烟气在炉内停留时间保持在2s以上;炉膛内的高温烟气进入余热锅炉进行热交换,产生的热蒸汽推动汽轮机发电。

  垃圾焚烧发电项目主要生产设备有垃圾焚烧炉、余热锅炉、发电机组、自动控制系统及其他辅助设施。

  焚烧炉是垃圾焚烧发电的主要设备,其技术装备水平直接决定了焚烧处理的效果及后续污染产生情况。随着焚烧工艺的不断提升,目前国内外技术成熟的垃圾焚烧炉主要为机械炉排炉和流化床焚烧炉。机械炉排炉的炉排主要由往复移动部件组成,垃圾经给料装置推送至炉排上,在炉内干燥段加热,使垃圾得以干燥,再经过炉排的运动将垃圾往前推送,同时将垃圾层松化,均匀地将垃圾逐步经过烘干、着火、燃烧和燃尽等各个阶段,使其完全燃烧。机械炉排炉运行成本低,炉膛温度较高,焚烧时间长,灰渣热灼减率低,二噁英产生量小,垃圾不需预处理,单炉处理能力大。但机械炉排炉一次性投资较大,管理水平要求较高。流化床焚烧炉一次性投资成本相对炉排炉低,占地面积小。但是,流化床焚烧炉需添加10%~20%的煤进行助燃,垃圾需要进行破碎预处理,污染物排放量较大,运行成本高,废气处理较困难,单炉处理能力小。总体来说,机械炉排炉环保性优于流化床焚烧炉,但一次性设备投资要高于流化床焚烧炉。由于机械炉排炉具有垃圾不需預处理、正常状况不需添加燃料助燃、灰渣热酌减率低、二噁英产生量少等优点,垃圾焚烧机械炉排炉逐步成为垃圾焚烧的主流设备。

  为规范生活垃圾焚烧处理工程规划、设计、施工、验收和运行管理,国家相关部门发布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》[3],批准了《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》,在生活垃圾焚烧厂的选址要求、技术要求、入炉物要求、运行要求和排放要求等方面给出了明确的标准和规范。

  应符合城乡总体规划、环境保护规划和环境卫生专项规划,并符合当地的大气污染防治、水资源保护、自然生态保护等要求,依据环境影响评价结论确定厂址位置。

  焚烧温度不小于850℃,停留时间不小于2s,焚烧渣热灼减率不高于5%;焚烧能力大于等于300t/d;焚烧炉烟囱不低于60m,其他焚烧炉烟囱不低于45m;烟囱应按规范要求设置采样孔。

  混合生活垃圾、性质与生活垃圾相近的一般工业固体废物、生活污水处理设施污泥等可以直接入炉焚烧,危险废物、电子废物及其处理处置残余物不得入炉焚烧。

  焚烧炉每年启动、停炉过程排放污染物的持续时间以及发生故障或事故排放污染物持续时间累计不应超过60h;焚烧炉启动时,温度达到850℃以上方可投入垃圾;焚烧炉停炉时,应启动垃圾助燃系统,保证剩余垃圾完全燃烧。

  焚烧炉(现有焚烧炉在2016年1月1日以后)颗粒物小时均值不高于30mg/m3,氮氧化物小时均值不高于300mg/m3,SO2小时均值不高于100mg/m3,氯化氢小时均值不高于60mg/m3,CO小时均值不高于100mg/m3,汞及其化合物测定均值不高于0.05mg/m3,二噁英类测定均值不高于0.1ngTEQ/m3。

  烟气在线监测指标应至少包括一氧化碳、颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和氯化氢。重金属类污染物和焚烧炉渣热灼减率的监测每月至少开展一次,对烟气中二噁英类的监测每年至少开展一次。

  (1)源头控制。在城市生活垃圾送焚烧厂之前,采取垃圾分选技术,分选出垃圾中的铁、铜、镍等金属,切断垃圾焚烧过程中的催化介质,同时减少含氯有机物的进厂量,从源头减少二噁英的产生。(2)燃烧控制。合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置,炉温控制在850℃~950℃之间,烟气在850℃以上,停留时间不小于2s,O2浓度不低于6%。焚烧炉高温废气直接通过余热锅炉以热交换形式急冷降温,控制烟气温度在250℃~500℃停留时间小于1s,有效抑制二噁英的产生,锅炉出口烟气温度低于200℃。(3)末端控制。末端控制采用“活性炭吸附+布袋除尘器过滤”。除尘器入口处的烟气温度控制在200℃以下,在布袋除尘器入口前烟道设置活性炭喷射装置,活性炭入口设在紧靠反应塔的出口管道上,以加强混合并增加反应时间。当活性炭粉与烟气一起进入布袋除尘器后,停留在滤袋上的活性炭粉继续同缓慢通过滤袋的烟气充分接触,通过在布袋除尘器上形成“活性炭肺”对二噁英进行吸附。

  (1)硫氧化物、氯化氢和氟化氢等。酸性气体的去除方法有湿法、干法和半干法。湿法去除效率高,但会产生大量污水,造成二次污染;干法无污水排放,但去除效率较低(60%~70%);目前脱除烟气中酸性气体应用最广泛的方法为半干法,既不会产生污水,去除效率又较高,达到90%左右。半干法以浓度约为5%~10%的Ca(OH)2浆液为净化吸附剂,由制浆系统输送过来的石灰浆液通过塔顶的高速旋转喷头进行雾化,石灰浆液被雾化成粒径120~200m的雾滴,这些细小的雾滴与酸性气体充分接触,在一系列化学反应后去除烟气中绝大部分酸性气体。反应过程中,雾滴吸收烟气中的热量不断蒸发水分,结合反应塔独特设计,塔内的高温烟气使得浆液雾滴在下降过程中得到干燥,并在到达塔底前将水分充分蒸发,形成固体反应物从塔底排出。反应方程式如下:

  (2)氮氧化物。为有效减少NOX生成,应遵循燃烧控制的3T+E(Temperature,Time,Turbulence,Excessair)基本原则,即:合理的垃圾焚烧炉几何尺寸设计;有效控制一次空气与优化二次空氣供给;高温条件下较长的烟气停留时间;保持烟气中低氧含量等。由于我国生活垃圾大多数未进行有效分类,垃圾成分复杂,垃圾焚烧烟气中重金属和酸性气体含量较高,如采用SCR(选择性催化还原法)去除NOX,则易引起催化剂中毒,因此目前去除NOX较为成熟的方法是SNCR(选择性非催化还原法),去除效率约为50%。该方法是在烟气温度850℃~1100℃、O2共存的条件下,向炉膛内直接喷入尿素溶液,将氮氧化物还原为氮气和水。反应方程式如下:

  除尘设备主要有旋风除尘器、静电除尘器和布袋除尘器。旋风除尘器的除尘效率为65%~85%,对于10m以上的烟尘较为有效,对10m以下的烟尘处理效率低,不适合作为最终除尘设备;静电除尘器的除尘效率高,一般达99%以上,但其运行环境有助于二噁英再合成;布袋除尘器不仅除尘效率高,而且布袋除尘器中的滤饼含有一定量的石灰和活性炭,为进一步中和酸性气体、吸附重金属和二噁英提供了时间和场所,对脱硫、脱氯、去除重金属和二噁英均有一定的辅助作用。因此生活垃圾焚烧炉除尘装置目前普遍采用布袋除尘器。

  垃圾是废品,只要对其进行适当的处理,就可以变废为宝,通过焚烧垃圾来发电是一种很好的垃圾处理方式,但是在利用生活垃圾焚烧发电时,必须注意避免对环境造成破坏,尤其是要注意对燃烧所产生的废气进行处理,通过采取有效的措施对废气污染进行处理,就能够减少对环境的破坏。

  [1]严密,熊祖鸿,李晓东,等.中美城市生活垃圾焚烧处置现状和发展趋势[J].环境工程,2017(3):87-91.

  [2]屠宏斌,黄群星,陆胜勇,等.法国的垃圾处理及典型垃圾焚烧工艺[J].能源工程,2017(1):44-49.

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